WO2014106922A1 - コーティング組成物、その製造方法及びコーティング物品 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a coating composition capable of imparting high water repellency and oil repellency, a method for producing the same, and a coated article.
  • Patent Document 1 discloses a coating liquid in which hydrophobic fine particles having an average primary particle diameter of 100 nm or less are dispersed in an organic solvent containing a hydrophobic solvent in an amount of 65% by mass or more based on the total organic solvent. It is described that the coating film formed in this manner exhibits a contact angle of 140 degrees or more with respect to water. Further, Patent Document 2 discloses the root mean square roughness of a surface obtained by coating a coating composition containing alcohol, alkoxysilane, perfluoroalkylsilane, silica fine particles, a catalyst for promoting hydrolysis reaction of alkoxysilane and water. A coating film having a thickness (RMS) value of 100 nm or more is disclosed, and it is described that the coating film exhibits a contact angle of 150 degrees or more with water and a contact angle of 130 degrees or more with oil. ing.
  • RMS thickness
  • Patent Document 1 Although a super water-repellent coating film can be easily formed, this coating film has a problem that its oil repellency is insufficient.
  • Patent Document 2 since a hydrolysis reaction is used, it takes a long time to prepare a coating solution, and a sufficient contact angle cannot be obtained when the number of coatings is small, which increases the number of steps. There was a problem.
  • the coating films of Patent Documents 1 and 2 have a problem that cracks are likely to occur during drying.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can provide a coating film that can provide high water repellency and oil repellency and has few cracks without requiring a complicated operation. The purpose is to provide.
  • the present invention is a coating composition characterized in that hydrophobic fine particles and flat fine particles having a card house-like aggregated structure are dispersed in a binder resin dissolved in a solvent.
  • a coating composition that can provide a high water repellency and oil repellency and can form a coating film with few cracks without requiring a complicated operation.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a coated article provided with a coating film according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a coated article provided with a coating film according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a coated article provided with a coating film according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic cross section of the coating article provided with the coating film formed from the coating composition which does not contain flat microparticles. It is a schematic cross section of the coating article provided with the coating film formed from the coating composition containing the flat fine particle of a non-aggregated state.
  • It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the coating composition of this invention.
  • It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the coating composition of this invention.
  • It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the coating composition of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a coated article provided with a coating film according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of a coated article provided with the coating film according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a coated article provided with the coating film according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a coating film 5 composed of hydrophobic fine particles 2, flat fine particles 3 and a binder resin 4 is provided on the upper surface of the substrate 1.
  • the mass ratio of the hydrophobic fine particles 2 to the binder resin 4 (the mass of the hydrophobic fine particles 2 / the mass of the binder resin 4) is usually 0.5 or more, preferably 0.5 or more and 12 or less, more preferably. 2 or more and 8 or less. Due to the presence of the hydrophobic fine particles 2, minute irregularities are formed on the surface of the coating film 5.
  • the water repellency of the coating film 5 can be increased by the minute uneven structure on the surface.
  • the mass ratio of the hydrophobic fine particles 2 to the binder resin 4 is less than 0.5, a fine uneven structure is not formed on the entire surface of the coating film 5, and the coating film 5 having a desired water repellency cannot be obtained. This is not preferable.
  • the flat fine particles 3 in the coating film 5 are characterized in that the table surface and the end surface of the flat fine particles 3 are in contact with each other to form a card house-like aggregated structure. Due to this card house-like aggregation structure, irregularities are formed on the surface of the coating film 5. Due to the surface irregularities, minute irregularities formed by the hydrophobic fine particles 2 are combined, and the ratio of the liquid-gas contact area at the interface between the liquid and the surface in the Cassie formula increases, so that the surface tension is higher than that of water. Super liquid repellency can be expressed even with a small liquid. On the other hand, when the flat fine particles 3 do not form a card house-like aggregated structure, the surface uneven structure as shown in FIG. This surface uneven structure is similar to the surface uneven structure formed when the flat fine particles 3 are not included (see FIG. 5).
  • the mass ratio of the hydrophobic fine particles 2 to the flat fine particles 3 (the mass of the hydrophobic fine particles 2 / the mass of the flat fine particles 3) is 0.5 or more, preferably 0.5 or more and 5 or less, more preferably. Is 1 or more and 2 or less. Due to the presence of the hydrophobic fine particles 2, minute irregularities are formed on the surface of the flat fine particles 3. The fine concavo-convex structure on the surface can improve the oil repellency of the coating film 5 of the hydrophobic fine particles 2. If the mass ratio of the hydrophobic fine particles 2 to the flat fine particles 3 is less than 0.5, the surface of the flat fine particles 3 cannot be completely covered with the hydrophobic fine particles 2, and the coating film 5 has a desired oil repellency.
  • the hydrophobic fine particles 2 when the mass ratio of the hydrophobic fine particles 2 to the flat fine particles 3 exceeds 5, the hydrophobic fine particles 2 not only cover the surface of the flat fine particles 3, but the uneven structure of the flat fine particles 3 is caused by the hydrophobic fine particles. Since it may be buried and desired oil repellency may not be imparted to the coating film 5, it is not preferable.
  • the mass ratio of the flat fine particles 3 to the binder resin 4 (the mass of the flat fine particles 3 / the mass of the binder resin 4) is 0.25 or more, preferably 0.25 or more and 12 or less, more preferably 0. .5 or more and 8 or less. Due to the presence of the flat fine particles 3, irregularities are formed on the surface of the coating film 5. Due to the uneven structure on the surface, the water repellency of the coating film 5 can be increased. When the mass ratio of the flat fine particles 3 to the binder resin 4 is less than 0.25, the flat fine particles 3 cannot be dispersed throughout the coating film 5, and the coating film 5 having a desired water repellency is obtained. Since it may not be, it is not preferable.
  • the mass ratio of the flat fine particles 3 to the binder resin 4 exceeds 12, the amount of the binder resin 4 is too small, so that the coating film 5 having a desired strength cannot be obtained. Since it may peel off, it is not preferable.
  • the average particle diameter of the primary particles or secondary particles of the hydrophobic fine particles 2 is preferably 100 nm or less, more preferably 5 nm or more and 100 nm or less, and most preferably 10 nm or more and 50 nm or less. If the average particle size of the primary particles or secondary particles of the hydrophobic fine particles 2 exceeds 100 nm, the unevenness on the surface of the coating film 5 becomes too large, and the ratio of the liquid-gas contact area on the surface of the coating film 5 is not reduced. The coating film 5 having the desired water repellency may not be obtained, which is not preferable.
  • the average particle size of the primary particles or secondary particles of the hydrophobic fine particles 2 is less than 5 nm, the hydrophobic fine particles 2 tend to aggregate, the fluidity of the coating composition is lowered, and the substrate 1 is coated. Since it may become difficult to apply
  • the average particle size of primary particles or secondary particles of the hydrophobic fine particles 2 is a value measured by a dynamic light scattering method.
  • the method for hydrophobizing the surface of the fine particle is not particularly limited as long as it can impart hydrophobicity to the surface of the fine particle, and is appropriately adopted.
  • the surface contains fluorine or an alkyl group.
  • the method for containing fluorine or an alkyl group on the surface of the fine particles include a method using an organometallic compound such as a silylating agent, a silane coupling agent, and alkylaluminum.
  • the silylating agent is a compound in which an alkyl group, an allyl group, a fluoroalkyl group containing fluorine, or the like is bonded to a hydrolyzable silyl group having affinity or reactivity with an inorganic material.
  • Examples of the hydrolyzable group bonded to silicon include an alkoxy group, a halogen, an acetoxy group, and the like. Usually, an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group, and chlorine are preferably used.
  • a trimethylsilylating agent, alkylsilanes, arylsilanes, fluoroalkylsilanes and the like can be mentioned.
  • the hydrophobic fine particles 2 are preferably silica having a hydrophobic surface.
  • silica means not only those that exist strictly in the state of SiO 2 but also silicon oxide.
  • examples of the silica having a hydrophobic surface include those obtained by hydrophobizing the surface of silica.
  • the hydrophobic fine particles 2 may be made by hydrophobizing hydrophilic silica to make the surface hydrophobic.
  • hydrophobic fine particles 2 used in the coating composition of the present invention the trade name “Aerosil 200” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), the trade name “Aerosil 300” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), the trade name “Aerosil 380” ( Nippon Aerosil Co., Ltd.), trade name "Aerosil 90G” (Nihon Aerosil Co., Ltd.), trade name "Aerosil OX50” (Nihon Aerosil Co., Ltd.), trade name “Aerosil R972” (Nihon Aerosil Co., Ltd.), product The name “Aerosil 972 ⁇ ” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), the product name “Aerosil R972CF” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), the product name “Aerosil R974” (manufactured
  • the flat fine particles 3 are fine particles having a plate shape, a scale shape, a strip shape, a disc shape, or the like, and preferably have an aspect ratio of 10 or more between the table surface and the end surface of the fine particles.
  • the aspect ratio of the flat fine particles 3 is less than 10, it approaches a shape such as a rod shape or a needle shape, and it becomes difficult to form a card house-like aggregated structure, so that the coating film 5 having a desired water repellency cannot be obtained. This is not preferable.
  • the average particle diameter of the primary particles of the flat fine particles 3 is preferably 100 nm to 100 ⁇ m, more preferably 100 nm to 10 ⁇ m, and most preferably 200 nm to 3 ⁇ m.
  • the particle diameter of the flat fine particles 3 is the length in the long side direction. If the average particle size of the primary particles of the flat fine particles 3 is less than 100 nm, the uneven structure necessary for improving the water repellency may not be obtained. In addition, when the average particle size of the primary particles of the flat fine particles 3 exceeds 100 ⁇ m, the interval between the flat fine particles 3 becomes too larger than the droplets, so that the coating film 5 having a desired water repellency cannot be obtained. This is not preferable.
  • the average particle size of the primary particles of the flat fine particles 3 is a value measured by a dynamic light scattering method. Further, the average particle size of the aggregated state of the flat fine particles 3 is preferably 125 nm to 200 ⁇ m, more preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. When the average particle size of the aggregated state of the flat fine particles 3 is less than 125 nm, the difference from the fine uneven structure formed by the hydrophobic fine particles 2 is small, and therefore the effect of improving water repellency by combining the uneven structures is obtained. Since it may not be, it is not preferable.
  • the flat fine particles 3 forming the card house structure include smectite, tobermorite, bentonite, kaolin, mica, boehmite, aluminum, alumina, silica, calcium silicate, calcium carbonate, silicate mineral, alumina, silica, calcium carbonate, and nitride.
  • examples thereof include boron, graphene, titanium oxide, a hydroxide compound, a carbonate compound, a phosphate compound, a silicate compound, and a titanate compound.
  • the binder resin 4 is not particularly limited as long as it is a solvent-soluble type, and those known in the technical field can be used.
  • the binder resin 4 preferably used in the present invention include polyvinylidene fluoride (PVDF) and a fluoroolefin copolymer.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the monomer component that gives the fluoroolefin copolymer include chlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene, and vinyl esters having various substituents.
  • a polar organic solvent or a nonpolar organic solvent can be used.
  • an organic solvent preferably used in the present invention a fluorine-based solvent, a chlorine-based solvent, an aromatic hydrocarbon-based solvent such as toluene or xylene, an aliphatic hydrocarbon-based solvent, an ester-based solvent such as ethyl acetate or butyl acetate, Examples thereof include ketone solvents such as methyl isobutyl ketone and acetone, and ether solvents.
  • known additives such as a dispersant, a leveling agent, an evaporation inhibitor, and an adhesion improver may be added as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the coating film 5 can be formed by applying and drying the coating composition described above on the substrate 1.
  • a coating method of a coating composition A well-known method can be used in the said technical field.
  • the coating method include spray coating and dip coating.
  • the drying conditions may be appropriately adjusted according to the composition of the coating composition, and are not particularly limited.
  • the substrate 1 on which the coating film 5 is formed is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the type of product in which the water-repellent member is used.
  • Examples of the substrate 1 include a metal substrate such as an aluminum substrate and a stainless steel substrate, a glass substrate, a plastic substrate, and the like.
  • the coating composition of the present invention is a flat composition in which a solvent 6, a binder resin 4 and hydrophobic fine particles 2 are mixed and subjected to dispersion treatment to obtain a dispersion, and then a card house-like aggregate structure is formed in the dispersion. It is obtained by a production method including adding fine particles 3.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the state of a mixed liquid obtained by mixing the binder resin 4 dissolved in the solvent 6 and the hydrophobic fine particles 2. In this mixed liquid, most of the hydrophobic fine particles 2 are dispersed in the form of secondary particles.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the state of a dispersion obtained by subjecting the mixed liquid shown in FIG. 6 to a dispersion treatment.
  • the hydrophobic fine particles 2 are uniformly dispersed in the form of primary particles.
  • FIG. 8 is a schematic view for explaining the state of the coating composition obtained by adding the flat fine particles 3 having a card house-like aggregated structure to the dispersion shown in FIG.
  • the cavitation action is a phenomenon in which a portion having a low local pressure in the liquid flowing at high speed is vaporized to generate bubbles.
  • Cavitation can be caused, for example, by placing the hydrophobic fine particles 2 in an organic solvent and dispersing them by applying a pressure of about 10 MPa to 400 MPa using a high-pressure wet atomizer.
  • the flat fine particles 3 having a card house-like aggregated structure in an organic solvent by a method that does not apply a strong shearing force.
  • Such dispersion can be achieved, for example, by adding the flat fine particles 3 having a card house-like aggregated structure to an organic solvent and then dispersing them using a shaker or the like.
  • a strong shearing force is applied, the card house-like aggregate structure is destroyed and the desired water repellency cannot be obtained.
  • super oil repellency refers to a property in which a contact angle with respect to a droplet having a surface tension smaller than that of water is 150 ° or more.
  • 2 ⁇ L of a wetting reagent was dropped onto the coating film in the atmosphere (about 25 ° C.), and the static contact angle of the water droplet was measured.
  • the super oil repellency was evaluated based on the following evaluation criteria.
  • A contact angle with respect to a liquid having a surface tension of 48 mN / m or more is 150 degrees or more.
  • X A contact angle with respect to a liquid having a surface tension of less than 48 mN / m is less than 150 degrees.
  • Example 1 Hydrophobic silica with a hydrophobic surface and an average primary particle size of about 12 nm (trade name “Aerosil RX200”, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and a binder resin (trade name “Fluonate K-700”, large (Nippon Ink Co., Ltd.) 3.0 parts by weight is added to 91.0 parts by weight of butyl acetate, and after mixing and dispersing using a wet atomizer, the average primary particle size is 1 ⁇ m, 3.0 parts by mass of flat fine particles (trade name “Tobermorite TJ”, manufactured by Nippon Insulation Co., Ltd.) having an average particle size of 17 ⁇ m were added and shaken to obtain a coating composition. The obtained coating composition was applied to a glass plate and dried to prepare an evaluation member provided with a coating film.
  • a binder resin trade name “Fluonate K-700”, large (Nippon Ink Co., Ltd.
  • Example 2 Hydrophobic silica with a hydrophobic surface and an average primary particle size of about 12 nm (trade name “Aerosil RX200”, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) 3.0 parts by mass and binder resin (trade name “SSG ME90L”, Nitto Bo Medical Co.
  • Example 1 A coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion treatment was performed using a wet atomizer instead of shaking and stirring. In the coating composition, the card house-like aggregated structure of flat fine particles was destroyed by the dispersion treatment. A member for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained coating composition.
  • Example 2 A coating composition was prepared in the same manner as in Example 2 except that the dispersion treatment was performed using a wet atomizer instead of shaking and stirring. In the coating composition, the card house-like aggregated structure of flat fine particles was destroyed by the dispersion treatment. A member for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained coating composition.
  • Hydrophobic silica having a hydrophobic surface and an average primary particle size of about 12 nm (trade name “Aerosil RX200”, 3.0 parts by mass (made by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and a binder resin (trade name “Fluonate K-700”), 3.0 parts by mass of Dainippon Ink Co., Ltd.) was added to 94.0 parts by mass of butyl acetate and mixed and dispersed using a wet atomizer to obtain a coating composition.
  • a member for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 using the product.
  • Comparative Example 5 A coating composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 4 except that the dispersion treatment was performed using a wet atomizer instead of shaking and stirring, and an evaluation member was prepared.
  • [Comparative Example 6] 3.0 parts by mass of flat fine particles (trade name “Tobermorite TJ”, manufactured by Nippon Insulation Co., Ltd.) having an average primary particle size of 1 ⁇ m and an aggregated average particle size of 17 ⁇ m, and a binder resin (trade name “Fluonate K-700”) “Dainippon Ink Co., Ltd.) 3.0 parts by mass was added to 94.0 parts by mass of butyl acetate, and the mixture was shaken and stirred to obtain a coating composition. A member for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained coating composition.
  • Comparative Example 7 A coating composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 6 except that the dispersion treatment was performed using a wet atomizer instead of shaking and stirring. In the coating composition, the card house-like aggregated structure of flat fine particles was destroyed by the dispersion treatment. A member for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained coating composition.
  • Table 1 shows the evaluation results of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-7.
  • Examples 3 to 5 Except for changing the blending amount of flat fine particles (trade name “Tobermorite TJ”, manufactured by Nippon Insulation Co., Ltd.) having an average primary particle size of 1 ⁇ m and an average particle size of 17 ⁇ m in an aggregated state as shown in Table 2.
  • a coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 to prepare an evaluation member. The evaluation results are shown in Table 2.
  • the number of cracks per square centimeter that can be observed from optical microscope images was evaluated on the surfaces of the evaluation members obtained in Examples 1 and 6 and Comparative Examples 3 and 4. The results are shown in Table 3.
  • the number of occurrences of cracks is the total number of branch chains of cracks.
  • the concavo-convex structure is compounded and has both super water repellency and super oil repellency at the same time.
  • a coating composition capable of forming a coating film can be provided.

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Abstract

 本発明のコーティング組成物は、溶剤に溶解したバインダー樹脂中に、疎水性微粒子と、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子とが分散されていることを特徴とする。扁平状微粒子の卓面と端面とのアスペクト比は10以上であることが好ましく、また、扁平状微粒子の凝集状態の平均粒子径は125nm以上200μm以下であることが好ましい。本発明のコーティング組成物は、煩雑な作業を必要とせずに、高い撥水性及び撥油性を付与でき且つクラックの少ないコーティング膜を形成することができる。

Description

コーティング組成物、その製造方法及びコーティング物品
 本発明は、高い撥水性及び撥油性を付与することのできるコーティング組成物、その製造方法及びコーティング物品に関するものである。
 ガラス、プラスチックス、紙、繊維製品、金属などの固体表面に対して撥水性を付与することは多く行なわれているが、撥油性の付与はあまり行なわれていない。しかし、これらの固体表面に、油汚れなどに対してより高い防汚効果を求める場合には、水のみでなく、油を代表とする低表面張力物質に対しても高い接触角と低い転落角とを有することが望まれる。つまり、撥水性と撥油性との両方を兼ね備えたコーティング膜の形成が求められ、さらに、高い撥水性・撥油性、すなわち超撥水性と超撥油性を兼ね備えたコーティング膜が望まれている。
 特許文献1には、平均一次粒子径が100nm以下の疎水性微粒子を、疎水性溶媒を全有機溶媒中65質量%以上含有する有機溶媒に分散させたコーティング液が開示されており、これを用いて形成したコーティング膜は、水に対して140度以上の接触角を示すことが記載されている。
 また、特許文献2には、アルコール、アルコキシシラン、パーフルオロアルキルシラン、シリカ微粒子、アルコキシシランの加水分解反応を促進する触媒及び水を含むコーティング組成物をコーティングすることで得られる表面の二乗平均粗さ(RMS)値が100nm以上であるコーティング膜が開示されており、このコーティング膜は、水に対して150度以上の接触角及び油に対して130度以上の接触角を示すことが記載されている。
特開2010-155727号公報 特開2010-89373号公報
 特許文献1では、超撥水性のコーティング膜を簡便に形成することができるものの、このコーティング膜は撥油性が不十分であるという問題があった。
 また、特許文献2では、加水分解反応を利用しているため、コーティング液の調製に時間がかかること、コーティング回数が少ない場合には十分な接触角が得られないため、工程数が多くなるという問題があった。
 更に、特許文献1及び2のコーティング膜では、乾燥時にクラックが発生しやすいという問題があった。
 本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、煩雑な作業を必要とせずに、高い撥水性及び撥油性を付与でき且つクラックの少ないコーティング膜を形成することのできるコーティング組成物を提供することを目的とする。
 本発明は、溶剤に溶解したバインダー樹脂中に、疎水性微粒子と、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子とが分散されていることを特徴とするコーティング組成物である。
 本発明によれば、煩雑な作業を必要とせずに、高い撥水性及び撥油性を付与でき且つクラックの少ないコーティング膜を形成することのできるコーティング組成物を提供することができる。
実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式断面図である。 実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式上面図である。 実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式斜視図である。 扁平状微粒子を含まないコーティング組成物から形成されたコーティング膜を備えたコーティング物品の模式断面図である。 非凝集状態の扁平状微粒子を含むコーティング組成物から形成されたコーティング膜を備えたコーティング物品の模式断面図である。 本発明のコーティング組成物の製造工程を説明するための模式図である。 本発明のコーティング組成物の製造工程を説明するための模式図である。 本発明のコーティング組成物の製造工程を説明するための模式図である。
 実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式断面図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式上面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係るコーティング膜を備えたコーティング物品の模式斜視図である。これらの図では、基材1の上面に、疎水性微粒子2、扁平状微粒子3及びバインダー樹脂4からなるコーティング膜5が設けられている。
 コーティング膜5において、バインダー樹脂4に対する疎水性微粒子2の質量比(疎水性微粒子2の質量/バインダー樹脂4の質量)は、通常0.5以上、好ましくは0.5以上12以下、より好ましくは2以上8以下である。この疎水性微粒子2の存在によって、コーティング膜5の表面に微小な凹凸が形成される。この表面の微小な凹凸構造により、コーティング膜5の撥水性を高めることができる。バインダー樹脂4に対する疎水性微粒子2の質量比が0.5未満であると、コーティング膜5の表面全体に微細な凹凸構造が形成されず、所望の撥水性を有するコーティング膜5が得られない場合があるので好ましくない。一方、バインダー樹脂4に対する疎水性微粒子2の質量比が12を超えると、バインダー樹脂の量が少なすぎるため、所望の強度を有するコーティング膜5が得られず、コーティング膜5が基材1から剥離してしまう場合があるので好ましくない。
 本発明では、コーティング膜5において、扁平状微粒子3が、扁平状微粒子3の卓面と端面が互いに接してカードハウス状の凝集構造を形成していることに特徴がある。このカードハウス状の凝集構造により、コーティング膜5の表面に凹凸が形成される。この表面の凹凸により、疎水性微粒子2によって形成される微小な凹凸が複合化され、Cassie式における液体と表面との界面における液-気接触面積の割合が多くなることで、水よりも表面張力の小さな液体に対しても超撥液性を発現することができる。一方、扁平状微粒子3が、カードハウス状の凝集構造を形成していない場合には、図4に示すような表面凹凸構造となるため、撥油性は得られない。この表面凹凸構造は、扁平状微粒子3を含まない場合に形成される表面凹凸構造と似ている(図5参照)。
 コーティング膜5において、扁平状微粒子3に対する疎水性微粒子2の質量比(疎水性微粒子2の質量/扁平状微粒子3の質量)は、0.5以上、好ましくは0.5以上5以下、より好ましくは1以上2以下である。この疎水性微粒子2の存在によって、扁平状微粒子3の表面に微小な凹凸が形成される。この表面の微小な凹凸構造により、疎水性微粒子2のコーティング膜5の撥油性を高めることができる。扁平状微粒子3に対する疎水性微粒子2の質量比が0.5未満であると、扁平状微粒子3の表面を疎水性微粒子2が完全に被覆することができず、所望の撥油性をコーティング膜5に付与することができない場合があるので好ましくない。一方、扁平状微粒子3に対する疎水性微粒子2の質量比が5を超えると、疎水性微粒子2が扁平状微粒子3の表面を被覆するだけではなく、扁平状微粒子3の凹凸構造が疎水性微粒子により埋もれてしまい、所望の撥油性をコーティング膜5に付与することができない場合があるので好ましくない。
 コーティング膜5において、バインダー樹脂4に対する扁平状微粒子3の質量比(扁平状微粒子3の質量/バインダー樹脂4の質量)は、0.25以上、好ましくは0.25以上12以下、より好ましくは0.5以上8以下である。この扁平状微粒子3の存在によって、コーティング膜5の表面に凹凸が形成される。この表面の凹凸構造により、コーティング膜5の撥水性を高めることができる。バインダー樹脂4に対する扁平状微粒子3の質量比が0.25未満であると、コーティング膜5の全体に扁平状微粒子3を分散させることができず、所望の撥水性を有するコーティング膜5が得られない場合があるので好ましくない。一方、バインダー樹脂4に対する扁平状微粒子3の質量比が12を超えると、バインダー樹脂4の量が少なすぎるため、所望の強度を有するコーティング膜5が得られず、コーティング膜5が基材1から剥離してしまう場合があるので好ましくない。
 疎水性微粒子2の一次粒子又は二次粒子の平均粒径が、好ましくは100nm以下、より好ましくは5nm以上100nm以下、最も好ましくは10nm以上50nm以下である。疎水性微粒子2の一次粒子又は二次粒子の平均粒径が100nmを超えると、コーティング膜5の表面の凹凸が大きくなりすぎ、コーティング膜5の表面の液-気接触面積の割合が低減されず、所望の撥水性を有するコーティング膜5が得られない場合があるので好ましくない。また、コーティング膜5の表面の凹凸が大きくなりすぎると、外部からの物理的な刺激(例えば、異物の衝突や摩擦など)によって、コーティング膜5の表面形状が変化してしまい、撥水性が損なわれてしまうことがある。一方、疎水性微粒子2の一次粒子又は二次粒子の平均粒径が5nm未満であると、疎水性微粒子2が凝集し易くなり、コーティング組成物の流動性が低下し、基材1上にコーティング組成物を塗布することが難しくなる場合があるので好ましくない。なお、本発明において、疎水性微粒子2の一次粒子又は二次粒子の平均粒径は、動的光散乱法により測定された値である。
 微粒子表面を疎水化する方法としては、微粒子表面に疎水性を付与することができれば特に限定されることはなく、適宜採用される。例えば、表面にフッ素やアルキル基を含有させることが好ましい。微粒子表面にフッ素やアルキル基を含有させる方法としては、シリル化剤、シランカップリング剤、アルキルアルミニウム等の有機金属化合物を用いる方法等が挙げられる。ここでシリル化剤とは、無機材料に対して親和性あるいは反応性を有する加水分解性シリル基に、アルキル基、アリル基、フッ素を含有したフルオロアルキル基等を結合させた化合物である。珪素に結合した加水分解性基としては、アルコキシ基、ハロゲン、アセトキシ基等が挙げられるが、通常、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、塩素が好ましく使用される。例えば、トリメチルシリル化剤、アルキルシラン類、アリールシラン類、フルオロアルキルシラン類等を挙げることができる。
 本発明においては、疎水性微粒子2は、表面が疎水性であるシリカであることが好ましい。ここで、「シリカ」とは、厳密にSiO2の状態で存在するものだけではなく、ケイ素酸化物も含むことを意味する。表面が疎水性であるシリカとしては、例えば、シリカの表面が疎水化処理されたものが挙げられる。また、疎水性微粒子2として、親水性のシリカに疎水化処理を行なって表面を疎水性にしたものを用いてもよい。
 本発明のコーティング組成物で用いる疎水性微粒子2としては、商品名「アエロジル200」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジル300」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジル380」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジル90G」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルOX50」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルR972」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジル972∨」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルR972CF」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルR974」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルR812」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルR805」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルRX200」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルRX300」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「アエロジルRY200」(日本アエロジル株式会社製)、商品名「WACKER HDK H15」(旭化成ワッカーシリコーン社製)、商品名「WACKER HDK H15」(旭化成ワッカーシリコーン社製)、商品名「WACKER HDK H18」(旭化成ワッカーシリコーン社製)、商品名「WACKER HDK H20」(旭化成ワッカーシリコーン社製)、商品名「WACKER HDK H30」(旭化成ワッカーシリコーン社製)、商品名「レオロシールHM20S」(株式会社トクヤマ製)、商品名「レオロシールHM30S」(株式会社トクヤマ製)、商品名「レオロシールHM40S」(株式会社トクヤマ製)、商品名「レオロシールZD30S」(株式会社トクヤマ製)、商品名「レオロシールDM30S」(株式会社トクヤマ製)等を商業的に入手することができる。
 本発明において、扁平状微粒子3は、板状、鱗片状、短冊状、円盤状等の微粒子であり、微粒子の卓面と端面とのアスペクト比が10以上のものが好ましい。扁平状微粒子3のアスペクト比が10未満であると、棒状あるいは針状といった形状に近づき、カードハウス状の凝集構造が形成されにくくなるため、所望の撥水性を有するコーティング膜5が得られない場合があるので好ましくない。
 扁平状微粒子3の一次粒子の平均粒径が、好ましくは100nm以上100μm以下、より好ましくは100nm以上10μm以下、最も好ましくは200nm以上3μm以下である。ここで、扁平状微粒子3の粒径とは、長辺方向の長さのことである。扁平状微粒子3の一次粒子の平均粒径が100nm未満であると、撥水性の向上に必要な凹凸構造が得られない場合があるので好ましくない。また、扁平状微粒子3の一次粒子の平均粒径が100μmを超えると、扁平状微粒子3同士の間隔が液滴よりも大きくなりすぎるため、所望の撥水性を有するコーティング膜5が得られない場合があるので好ましくない。なお、本発明において、扁平状微粒子3の一次粒子の平均粒径は、動的光散乱法により測定された値である。
 また、扁平状微粒子3の凝集状態の平均粒径が、好ましくは125nm以上200μm以下、より好ましくは10μm以上100μm以下である。扁平状微粒子3の凝集状態の平均粒径が125nm未満であると、疎水性微粒子2によって形成される微細凹凸構造との差が小さくなるために凹凸構造の組み合わせによる撥水性の向上効果が得られない場合があるので好ましくない。また、扁平状微粒子3の凝集状態の平均粒径が200μmを超えると、バインダー樹脂4との密着性が低下し、外部からの刺激によって、コーティング膜5の表面形状が変化してしまい、撥水性が損なわれる場合があるので好ましくない。
 カードハウス構造を形成する扁平状微粒子3としては、スメクタイト、トバモライト、ベントナイト、カオリン、マイカ、ベーマイト、アルミニウム、アルミナ、シリカ、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸塩鉱物、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、窒化ホウ素、グラフェン、酸化チタン、水酸化系化合物、炭酸塩系化合物、リン酸塩系化合物、ケイ酸塩系化合物、チタン酸塩系化合物等が挙げられる。
 例えば、扁平状微粒子3としては、商品名「トバモライトTJ」(日本インシュレーション社製)、商品名「セラシュールBMF」(河合石灰工業株式会社製)、商品名「セラシュールBMM」(河合石灰工業株式会社製)、商品名「セラシュールBMT」(河合石灰工業株式会社製)、商品名「セラシュールBMN」(河合石灰工業株式会社製)、商品名「サンラブリー」(AGCエスアイテック社製)、商品名「サンラブリー」(AGCエスアイテック社製)、商品名「テラセス」(大塚化学社製)、商品名「アルミニウムペースト」(東洋アルミニウム株式会社製)、商品名「セラフ」(キンセイマテック社製)、商品名「シルキーフレーク」(日本板硝子社製)、商品名「ガラスフレーク」(日本板硝子社製)、商品名「ミクロマイカ」(コープケミカル社製)、商品名「ソマシフ」(コープケミカル社製)、商品名「ルーセンタイト」(コープケミカル社製)、商品名「SBN」(昭和電工社製)、商品名「デンカボロンナイトライド」(電気化学工業社製)、商品名「PS35-A」(ニューライム社製)、商品名「PS15-A」(ニューライム社製)等を商業的に入手することができる。
 バインダー樹脂4としては、溶剤可溶型のものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。本発明に好ましく使用されるバインダー樹脂4としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フルオロオレフィン共重合体等が挙げられる。フルオロオレフィン共重合体を与えるモノマー成分としては、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、各種置換基を有するビニルエステル等が挙げられる。
 本発明のコーティング組成物に用いる溶剤としては、極性を有する有機溶媒でも非極性の有機溶媒でも使用することができる。本発明に好ましく使用される有機溶媒としては、フッ素系溶剤、塩素系溶剤、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、メチルイソブチルケトンやアセトンなどのケトン系溶剤、エーテル系溶剤等が挙げられる。
 本発明のコーティング組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、分散剤、レベリング剤、蒸発抑制剤、付着性改良剤等の公知の添加剤を添加してもよい。
 上述したコーティング組成物を基材1上に塗布・乾燥させることによりコーティング膜5を形成することができる。ここで、コーティング組成物の塗布方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。塗布方法の例としては、スプレー塗布、浸漬塗布などが挙げられる。また、乾燥条件は、コーティング組成物の組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
 コーティング膜5が形成される基材1としては、特に限定されず、撥水性部材が使用される製品の種類に応じて適宜選択することができる。基材1の例としては、アルミニウム基板やステンレス基板などの金属基板、ガラス基板、プラスチック基板などが挙げられる。
 次に、本発明のコーティング組成物の製造方法を図6~図8を用いて説明する。本発明のコーティング組成物は、溶剤6、バインダー樹脂4及び疎水性微粒子2を混合し、分散処理を施して分散液を得た後、その分散液に、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子3を添加することを含む製造方法によって得られる。図6は、溶剤6に溶解したバインダー樹脂4と、疎水性微粒子2とを混合して得られる混合液の状態を説明するための模式図である。この混合液では、疎水性微粒子2の大部分が二次粒子の形態で分散している。図7は、図6に示した混合液に分散処理を施して得られる分散液の状態を説明するための模式図である。この分散液では、疎水性微粒子2が一次粒子の形態で均一に分散している。図8は、図7に示した分散液に、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子3を添加して得られるコーティング組成物の状態を説明するための模式図である。
 本発明において、疎水性微粒子2を均一に分散させるためには、有機溶媒中で、キャビテーション作用により分散させることが好ましい。ここで、キャビテーション作用とは、高速で流れる液体中の、局所的な圧力の低い部分が気化し、気泡が発生する現象である。キャビテーションを起こさせるためには、例えば、疎水性微粒子2を有機溶媒に入れて、高圧湿式微粒化装置等を用いて10MPa~400MPa程度の圧力をかけて分散させることにより達成することができる。
 本発明において、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子3を、有機溶媒中で、強い剪断力のかからない方法により分散させることが好ましい。このような分散は、例えば、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子3を有機溶媒に添加した後、振とう器等を用いて分散させることにより達成することができる。一方、強い剪断力をかけた場合には、カードハウス状の凝集構造が破壊され、所望の撥水性が得られない。
 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、これらにより本発明は何ら制限を受けるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で種々の応用が可能である。なお、各実施例及び各比較例は以下に示す方法で測定及び評価を行った。
<超撥水性の評価>
 超撥水性の評価のために、以下のようにして初期水滴接触角の測定を行った。ここでの「超撥水性」とは、水に対する接触角が150度以上を示す性質のことである。
 協和界面科学製のDM301型接触角計を用い、大気中(約25℃)で2μLの水滴をコーティング膜に滴下して、水滴の静的接触角を測定した。超撥水性の評価は、下記評価基準に基づいて評価を行った。
 ○:超撥水性の基準となる水に対する接触角が150度以上を示すもの
 ×:超撥水性の基準となる水に対する接触角が150度未満を示すもの
<超撥油性の評価>
 超撥油性の評価のために、以下のようにして初期水滴接触角の測定を行った。ここでの、「超撥油性」とは、水よりも表面張力の小さな液滴に対する接触角が150度以上を示す性質のことである。
 協和界面科学製のDM301型接触角計を用い、大気中(約25℃)で2μLのぬれ試薬をコーティング膜に滴下して、水滴の静的接触角を測定した。超撥油性の評価は、下記評価基準に基づいて評価を行った。
 ○:表面張力が48mN/m以上の液体に対する接触角が150度以上を示すもの
 ×:48mN/m未満の液体に対する接触角が150度未満を示すもの
〔実施例1〕
 表面が疎水性で、平均一次粒子径が約12nmの疎水性シリカ(商品名「アエロジルRX200」、日本アエロジル株式会社製)3.0質量部及びバインダー樹脂(商品名「フルオネートK-700」、大日本インキ社製)3.0質量部を、酢酸ブチル91.0質量部に添加し、湿式微粒化装置を用いて混合及び分散処理を行った後、平均一次粒子径が1μmで、凝集状態の平均粒子径が17μmの扁平状微粒子(商品名「トバモライトTJ」、日本インシュレーション社製)3.0質量部を添加し、振盪撹拌して、コーティング組成物を得た。得られたコーティング組成物を、ガラス板上に塗布・乾燥してコーティング膜を備えた評価用部材を作製した。
〔実施例2〕
 表面が疎水性で、平均一次粒子径が約12nmの疎水性シリカ(商品名「アエロジルRX200」、日本アエロジル株式会社製)3.0質量部及びバインダー樹脂(商品名「SSG ME90L」、ニットーボーメディカル社製)3.0質量部を、ブタノール91.0質量部に添加し、湿式微粒化装置を用いて混合及び分散処理を行った後、平均一次粒子径が1μmで、凝集状態の平均粒子径が17μmの扁平状微粒子(商品名「トバモライトTJ」、日本インシュレーション社製)3.0質量部を添加し、振盪撹拌して、コーティング組成物を得た。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例1〕
 振盪撹拌の代わりに湿式微粒化装置を用いて分散処理を行った以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。なお、コーティング組成物では、分散処理により扁平状微粒子のカードハウス状の凝集構造が破壊されていた。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例2〕
 振盪撹拌の代わりに湿式微粒化装置を用いて分散処理を行った以外は実施例2と同様にしてコーティング組成物を調製した。なお、コーティング組成物では、分散処理により扁平状微粒子のカードハウス状の凝集構造が破壊されていた。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例3〕
 表面が疎水性で、平均一次粒子径が約12nmの疎水性シリカ(商品名「アエロジルRX200」、(日本アエロジル株式会社製)3.0質量部及びバインダー樹脂(商品名「フルオネートK-700」、大日本インキ社製)3.0質量部を、酢酸ブチル94.0質量部に添加し、湿式微粒化装置を用いて混合及び分散処理を行い、コーティング組成物を得た。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例4〕
 表面が疎水性で、平均一次粒子径が約12nmの疎水性シリカ(商品名「アエロジルRX200」、日本アエロジル株式会社製)3.0質量部及びバインダー樹脂(商品名「フルオネートK-700」、大日本インキ社製)3.0質量部を、酢酸ブチル91.0質量部に添加し、湿式微粒化装置を用いて混合及び分散処理を行った後、棒状微粒子(商品名「ウォラストナイト」、原田産業社製)3.0質量部を添加し、振盪撹拌して、コーティング組成物を得た。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例5〕
 振盪撹拌の代わりに湿式微粒化装置を用いて分散処理を行った以外は比較例4と同様にしてコーティング組成物を調製し、評価用部材を作製した。
〔比較例6〕
 平均一次粒子径が1μmで、凝集状態の平均粒子径が17μmの扁平状微粒子(商品名「トバモライトTJ」、日本インシュレーション社製)3.0質量部及びバインダー樹脂(商品名「フルオネートK-700」、大日本インキ社製)3.0質量部を、酢酸ブチル94.0質量部に添加し、振盪撹拌して、コーティング組成物を得た。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
〔比較例7〕
 振盪撹拌の代わりに湿式微粒化装置を用いて分散処理を行った以外は比較例6と同様にしてコーティング組成物を調製した。なお、コーティング組成物では、分散処理により扁平状微粒子のカードハウス状の凝集構造が破壊されていた。得られたコーティング組成物を用いて実施例1と同様に評価用部材を作製した。
 実施例1~2及び比較例1~7の評価結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果からわかるように、疎水性微粒子とカードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子とを組み合わせた場合にのみ、超撥水性及び超撥油性の付与が可能なことが分かった。
〔実施例3~5〕
 平均一次粒子径が1μmで、凝集状態の平均粒子径が17μmの扁平状微粒子(商品名「トバモライトTJ」、日本インシュレーション社製)の配合量を表2に示すように変化させた以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製し、評価用部材を作製した。その評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2の結果から、扁平状微粒子の添加量を変えても、超撥水性及び超撥油性の付与が可能なことが分かった。
 実施例1及び6並びに比較例3及び4で得られた評価用部材の表面について、光学顕微鏡像より観察可能な1平方センチメートル当たりのクラックの発生数を評価した。その結果を表3に示す。ここでのクラックの発生数とは、クラックの分岐鎖の総数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3の結果から、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子の添加により、クラックの発生数を抑制可能なことが分かった。
 以上の結果から分かるように、本発明によれば、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子を添加することで、凹凸構造が複合化され、超撥水性と超撥油性とを同時に有するコーティング膜を形成することのできるコーティング組成物を提供することができる。
 なお、本国際出願は、2013年1月7日に出願した日本国特許出願第2013-000654号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本国際出願に援用する。
 1 基材、2 疎水性微粒子、3 扁平状微粒子、4 バインダー樹脂、5 コーティング膜、6 溶剤。

Claims (10)

  1.  溶剤に溶解したバインダー樹脂中に、疎水性微粒子と、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子とが分散されていることを特徴とするコーティング組成物。
  2.  前記扁平状微粒子の卓面と端面とのアスペクト比が10以上であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング組成物。
  3.  前記扁平状微粒子の平均一次粒子径が、100nm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のコーティング組成物。
  4.  前記疎水性微粒子が、100nm以下の平均一次粒子径を有する疎水性シリカであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  5.  前記扁平状微粒子の凝集状態の平均粒子径が125nm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  6.  前記バインダー樹脂に対する前記疎水性微粒子の質量比が、0.5以上12以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  7.  前記扁平状微粒子に対する前記疎水性微粒子の質量比は、0.5以上5以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  8.  前記バインダー樹脂に対する前記扁平状微粒子の質量比が、0.25以上12以下であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  9.  溶剤、バインダー樹脂及び疎水性微粒子を混合し、分散処理を施して分散液を得ることと、
     該分散液に、カードハウス状の凝集構造を形成した扁平状微粒子を添加することと
    を含むことを特徴とするコーティング組成物の製造方法。
  10.  請求項1~8のいずれか一項に記載のコーティング組成物を塗布・乾燥して得られるコーティング膜を備えたことを特徴とするコーティング物品。
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